The electrochemical dissolution of zinc sulphide concentrates

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto University en
dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor.advisor Taskinen, Pekka
dc.contributor.author Aaltonen, Mari
dc.date.accessioned 2011-12-08T09:30:32Z
dc.date.available 2011-12-08T09:30:32Z
dc.date.issued 2002
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/1004
dc.description.abstract The literature part of this thesis reviewed the theory of atmospheric oxidative dissolution of zinc sulphide concentrates in ferric sulphide media. The electrochemical reactions involved in this dissolution and the rate equations and mechanisms associated with sulphide mineral dissolution in general were presented and the factors affecting the rate of dissolution were discussed. The methods and results of several electrochemical studies on sulphide minerals were summarized. The experimental part of this work consists of 6 hour dissolution experiments carried out in oxygen-free sulphuric acid solutions containing ferric sulphide. Four size fractions of one Outokumpu Pyhäsalmi concentrate were used and the experiments were conducted at temperatures 60°C, 70°C, 80°C and 90°C. Other variables under study were the rate of stirring and the concentrations of zinc and ferric ions in the solution. The results of the experiments show, that increasing the temperature from 60°C to 70°C increases the rate of dissolution considerably. Raising the temperature further to 80°C or 90°C had only a slight effect on the rate of dissolution and conversions reached. This would suggest a change in the reaction mechanism. The effect of particle size on the rate of dissolution was not surprising, the rate increased with the decease of particle size. As the iron content in the solution was raised from 33 mM to 52 mM, a significant increase in the conversion was noted, while a further increase to 75 mM had practically no effect. At temperatures 70°C, 80°C and 90°C, the effect of 100 g/l of dissolved zinc in the solution was a 15 % decrease in conversions, at 60°C a decrease of 67 % was unexpectedly seen. No significant change in conversions was reached by decreasing the rate of stirring from 1000 rpm to 500 rpm. Two rate equations were fitted to the experimental data, and the results suggest that the rate of dissolution is first controlled by the reaction taking place at the mineral surface, the diffusion through a product layer becoming the rate-determining step at latter stages of the dissolution. A potentiometric method for the in-situ monitoring of the dissolution process, based on the potential of the ferric/ferrous ion couple, was suggested and tested. During the dissolution experiments, the potential difference between a platinum electrode and a Ag/AgCl reference electrode was measured and conversion of zinc sulphide to dissolved zinc was calculated. To evaluate the accuracy of the potentiometic method, conversions were also calculated from the results of atomic absorption spectroscopy analysis. The parallel analysis show a consistent difference of about 20 % between the conversions indicated by the two methods of analysis. This discrepancy could be explained by the oxidation of elemental sulphur to sulphate, which would affect the ferric/ferrous ion equilibrium in the solution. Further research has to be carried out in order to verify this hypothesis. en
dc.description.abstract Diplomityön kirjallisuusosa käsittelee sinkkisulfidin atmosfääristä, hapettavaa liuotusta ferrisulfaattia sisältävissä rikkihappoliuksissa. Työssä esitellään sinkkisulfidin liuotukseen liittyviä sähkökemiallisia reaktioita sekä yleisesti sulfidimineraalien liuotukseen liittyviä nopeusyhtälöitä ja reaktiomekanismeja. Tässä osassa tutustutaan myös erilaisten muuttujien vaikutukseen liukenemisnopeuteen. Lisäksi esitetään kirjallisuudesta löytyvien sinkkisulfidia koskevien sähkökemiallisten tutkielmien tutkimusmenetelmiä ja tuloksia. Työn kokeellinen osa sisälsi kuuden tunnin liuotuskokeita jotka suoritettiin hapettomissa, ferrisulfaattia sisältävissä rikkihappoliuksissa. Tutkittavana oli yhtä Outokummun Pyhäsalmen rikastetta, joka oli eritelty neljään kokofraktioon. Tutkimukset suoritettiin 60°C, 70°C, 80° ja 90°C:n lämpötiloissa ja myös sekoitusnopeuden sekä liuenneen sinkin ja raudan konsentraatioden vaikutusta reaktionopeuteen tutkittiin. Mittaustuloksista nähdään, että lämpötilan nosto 60°C:sta 70°C:een nopeuttaa huomattavasti liukenemisreaktiota. Kun lämpötilaa nostetaan edelleen 80°C ja 90°C, näin suurta muutosta ei ole huomattavissa, mikä viittaa siihen, että reaktionopeutta rajoittava vaihe vaihtuu. Kuten oli odotettavissa, liukenemisnopeus oli sitä suurempi, mitä pienempi partikkelikoko oli kyseessä. Liuoksen ferrirauta konsentraation nostaminen 33 mM:sta 52 mM:in nosti selvästi myös reaktionopeutta ja konversiota. Kuitenkin konsentraation nostaminen edelleen 75 mM:in sai aikaan vain hienoisen nousun konversiossa. Liuokseen lisätyn liuenneen sinkin (100 g/l) vaikutus lämpötiloissa 70°C, 80°C ja 90°C näkyi 15 % konversion laskuna. Kuudessakymmenessä asteessa konversio yllättäen putosi 67 %. Sekoitusnopeuden muuttamisella 1000 rpm:sta 500 rpm:n ei saatu aikaan huomattavaa muutosta liukenemisnopeudessa. Kaksi nopeusyhtälöä sovitettiin mittausten tuloksiin, ja tulokset viittaavat siihen, että liukenemisen alussa mineraalin pinnalla tapahtuva reaktio määrää liukenemisen nopeuden ja myöhemmissä vaiheissa diffuusio tuotekerroksen läpi on reaktionopeutta rajoittava tekijä. Liukenemisprosessin samanaikaseen seurantaan ehdotettiin potentiostaattista menetelmää, joka perustuu ferri- ja ferrorautaionien aiheuttaman potentiaalin mittaamiseen. Mittausten aikana mitattiin liuoksen potentiaalia platinaelektrodin ja Ag/AgCl-referenssielektrodin avulla ja konversio ajan funktiona laskettiin näistä tuloksisa. Menetelmän tarkkuuden määrittämiseksi analysoitiin sinkin määrä liuosnäytteissä atomiabsorptiospektrometriaa käyttäen, ja tuloksista laskettuja konversioita verrattiin potentiometrisen määrityksen tuloksiin. Eri menetelmillä lasketut konversiot erosivat toisistaan toistuvasti noin 20 %:lla, mikä saattaa viitata liuoksessa tapahtuvaan toiseen hapetusreaktioon. Elementäärisen rikin hapettuminen sulfaatiksi selittäisi nämä eroavuudet lasketuissa konversioissa. Jatkotutkimuksilla tullaan selvittämään tämän hypoteesin paikkaansapitävyys. fi
dc.format.extent 70, [11]
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Helsinki University of Technology en
dc.publisher Teknillinen korkeakoulu fi
dc.subject.other Chemistry en
dc.subject.other Geoinformatics en
dc.title The electrochemical dissolution of zinc sulphide concentrates en
dc.title Sinkkisulfidirikasteiden sähkökemiallinen liukeneminen fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.department Department of Chemical Technology en
dc.contributor.department Kemian tekniikan osasto fi
dc.identifier.urn urn:nbn:fi:tkk-009842
dc.type.dcmitype text en
dc.programme.major Physical chemistry en
dc.programme.major Fysikaalinen kemia fi
dc.programme.mcode Kem-31
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.contributor.supervisor Kontturi, Kyösti
dc.contributor.lab Laboratory of Physical Chemistry and Electrochemistry en
dc.contributor.lab Fysikaalisen kemian ja sähkökemian laboratorio fi
dc.location PK fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account